一种基于点云数据的树干横断面轮廓曲线的断面积计算方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106643578A(43)申请公布日2017.05.10(21)申请号201610873126.9(22)申请日2016.09.30(71)申请人信阳师范学院地址464000河南省信阳市浉河区长安路237号申请人中国林业科学研究院资源信息研究所(72)发明人尤磊唐守正宋新宇李艳灵王财玉(74)专利代理机构郑州知己知识产权代理有限公司41132代理人王瑞丽(51)Int.Cl.G01B11/28(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图1页(54)发明名称一种基于点云数据的树干横断面轮廓曲线的断面积计算方法(57)摘要本发明公开了提供一种基于点云数据的树干横断面轮廓曲线的断面积计算方法，包括如下步骤：步骤1，获取树干在特定位置处的横断面；步骤2，获取树干横断面点云；步骤3，计算树干横断面点云的几何中心点；步骤4，获取树干横断面轮廓点；步骤5，构建树干横断面轮廓曲线；步骤6，计算树干横断面断面积。本发明用以从单木树干点云数据中构建树干横断面的轮廓曲线，并在此基础上精确计算树干横断面断面积。CN106643578ACN106643578A权利要求书1/3页1.一种基于点云数据的树干横断面轮廓曲线的断面积计算方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，获取树干在特定位置处的横断面；步骤2，获取树干横断面点云；步骤3，计算树干横断面点云的几何中心点；步骤4，获取树干横断面轮廓点；步骤5，构建树干横断面轮廓曲线；步骤6，计算树干横断面断面积。2.根据权利要求1所述的一种基于点云数据的树干横断面轮廓曲线的断面积计算方法，其特征在于：所述步骤1，计算树干在特定位置处的横断面，包括：计算树干点云中的最低点，并以所述最低点为基础计算树干的高度；以最低点为基准，以向量为平面的法向量，在最低点的上方h处与h+预设距离处分别构建的两个平面；位于两个平面中间的树干点云构成了一个树干点云块，将树干点云块点云投影到树干高度h处的平面上得到一个平面点云集，计算平面点云集构成的凸包多边形的质心点，所述质心点为平面点云集的几何中心点与树干在高度h处树干横断面的定位点。3.根据权利要求2所述的一种基于点云数据的树干横断面轮廓曲线的断面积计算方法，其特征在于：所述步骤1还包括通过定位点构建树干在高度h处的树干横断面，包括：采用迭代方法计算树干在高度h处的生长方向；第k次迭代计算为：构建过定位点且法向量为的一个平面，所述平面为基准平面；树干在高度h处的生长方向即是树干在高度h处的树干横断面的法向量；以基准平面为基础，分别构建5个与此平行的平面，其中3个平面位于基准平面上方，2个平面位于基准平面下方；得到5个树干点云块与5个几何中心点；对5个几何中心点采用主成分分析方法计算树干在高度h处的生长方向其中，协方差矩阵的最大特征值对应的特征向量为树干在高度h处的生长方向平面法向量赋值为进行第k+1次迭代；初次迭代时法向量为迭代结束条件为：相邻两次迭代得到的两个树干生长方向与的夹角θk小于0.5度或者θk与θk+1的角度差小于0.5度；迭代结束时的树干生长方向即为树干在高度h处的生长方向；以树干在高度h处的生长方向为平面的法向量，通过定位点构建树干在高度h处的树干横断面。4.根据权利要求3所述的一种基于点云数据的树干横断面轮廓曲线的断面积计算方法，其特征在于：所述步骤2，获取树干横断面点云，包括：在树干横断面的上方构建一个平面，所述平面与树干横断面平行且距离横断面的距离等于围尺的宽度，位于这两个平面中间的树干点云即为树干横断面点云QD；将树干横断面点云QD投影到树干横断面上得到的一个三维空间中的平面点云集QDp，根据几何变换，将QDp旋转为一个与水平面平行的二维空间的平面点云集QDpxy。5.根据权利要求4所述的一种基于点云数据的树干横断面轮廓曲线的断面积计算方2CN106643578A权利要求书2/3页法，其特征在于：所述步骤4，获取树干横断面轮廓点，包括：以树干横断面点云的平面投影点集QDpxy构成的凸包多边形的质心点为中心点，计算点集QDpxy中每一个点与中心点的夹角；根据夹角值对QDpxy点集中的点做角度分区，每一个角度分区的角度值为1度，由此将QDpxy点集中的点划分为360个角度分区；取每一个角度分区中的平均点作为树干横断面在此角度分区的轮廓点，则得到一个由360个点组成的树干横断面轮廓点集Qprofile；所述平均点的坐标值为该角度分区中所有点的几何平均值。6.根据权利要求5所述的一种基于点云数据的树干横断面轮廓曲线的断面积计算方法，其特征在于：所述步骤5，构建树干横断面轮廓曲线，包括：采用非有理三次B样条曲线构建一条闭合曲线，首先将Qprofile首部的3个点依次加入到Qprofile